La separazione a membrana è una tecnica utilizzata nella scienza e nell’industria per separare le sostanze da una miscela filtrando tale miscela attraverso una membrana porosa. La sostanza che viene filtrata può essere un liquido o un gas. La separazione a membrana ha molte applicazioni pratiche, tra cui la filtrazione dell’acqua e la creazione di soluzioni concentrate. I principali tipi di processi di separazione a membrana sono l’osmosi inversa, la nanofiltrazione, l’ultrafiltrazione e la microfiltrazione.
Quando una soluzione di alimentazione o un gas viene fatto passare attraverso una membrana porosa ad alta pressione, alcune sostanze di quella miscela permeeranno la membrana nell’area a pressione più bassa, ma altre sostanze non saranno in grado di farlo. La consistenza e la composizione chimica della membrana determina quali materiali la attraversano. Ad esempio, una membrana che ha pori più grandi tenderà a far entrare particelle grandi e piccole e una membrana che ha pori più piccoli escluderà le particelle più grandi. Allo stesso modo, una membrana che ha una particolare composizione chimica potrebbe essere progettata per filtrare chimicamente determinati composti.
Nell’osmosi inversa, due soluzioni sono contenute sui lati opposti della membrana: una più concentrata e l’altra più acquosa o meno concentrata. La naturale tendenza dell’acqua a diffondersi da un’area a bassa concentrazione a un’area ad alta concentrazione viene invertita dalla pressione applicata alla soluzione altamente concentrata. Ciò fa sì che l’acqua fuoriesca dalla soluzione altamente concentrata attraverso la membrana, rendendo tale soluzione ancora più concentrata mediante rimozione dell’acqua. Il latte evaporato e altri prodotti condensati possono essere prodotti attraverso questo processo.
La nanofiltrazione viene tipicamente utilizzata nella lavorazione dell’acqua per rimuovere il suo sapore salato o il contenuto minerale indesiderato. Questo metodo rimuove i sali, come sodio e potassio, dal liquido. Le membrane utilizzate nella nanofiltrazione hanno una dimensione dei pori leggermente più grande di quelle utilizzate nell’osmosi inversa.
L’ultrafiltrazione e la microfiltrazione vengono utilizzate per separare le particelle più grandi lasciando passare le particelle più piccole attraverso la membrana. Virus, batteri e materia solida sospesa sono esclusi da queste membrane a pori più grandi. Spesso, l’ultrafiltrazione o la microfiltrazione verranno utilizzate insieme a un metodo di filtrazione più fine come parte di un processo industriale globale.
Molte industrie utilizzano la separazione a membrana come parte delle loro operazioni di routine. Ad esempio, la rimozione di sali e minerali dannosi che potrebbero creare incrostazioni o corrosione nell’acqua di fonte è importante nel funzionamento delle caldaie. La separazione a membrana può essere utilizzata anche per recuperare composti chimici da un flusso di rifiuti. La desalinizzazione è un altro metodo in cui la separazione a membrana è ampiamente utilizzata per produrre acqua potabile di alta qualità.